微生物发酵成产氨基酸.pptx

v微生物概述微生物概述v发酵工程发酵工程v微生物发酵生产氨基酸微生物发酵生产氨基酸微生物微生物 微生物微生物一切肉眼看不见或看不清的一切肉眼看不见或看不清的微小生微小生物物。它们个体微小，结构简单，通常要用光学显。它们个体微小，结构简单，通常要用光学显微镜和电子显微镜才能看清楚。包括微镜和电子显微镜才能看清楚。包括细菌、病毒、细菌、病毒、霉菌、酵母菌霉菌、酵母菌等。（但有些微生物是肉眼可以看等。（但有些微生物是肉眼可以看见的，像属于见的，像属于真菌真菌的的蘑菇、灵芝等蘑菇、灵芝等。）根据存在。）根据存在的不同环境分为的不同环境分为原核微生物、空间微生物、真菌原核微生物、空间微生物、真菌微生物、酵母微生物、海洋微生物等微生物、酵母微生物、海洋微生物等。微生物微生物微生物微生物 原核生物界原核生物界 原生生物界原生生物界真菌界真菌界 病毒界病毒界(细菌、放线菌、蓝藻细菌、放线菌、蓝藻)(酵母菌霉菌大型真菌酵母菌霉菌大型真菌)(草履虫变形虫衣藻草履虫变形虫衣藻)(噬菌体、艾滋病毒噬菌体、艾滋病毒)微生物种类及其代表微生物种类及其代表病毒病毒细菌细菌放线菌放线菌 发酵与发酵工程发酵与发酵工程 发酵发酵利用微生物，在适宜的条件下，将原利用微生物，在适宜的条件下，将原料料经过特定的代特定的代谢途径途径转化化为人人类所需要的所需要的产物物的的过程。程。发酵工程发酵工程采用现代化工程技术手段，利用采用现代化工程技术手段，利用微生物的某些微生物的某些特定功能特定功能，为人类生产有用的产品，为人类生产有用的产品，或直接把微生物应用于工业生产过程的一种新技或直接把微生物应用于工业生产过程的一种新技术。术。发酵工业的发展发酵工业的发展v原始发展阶段 发酵技术原始，技术进步缓慢，完全是经验式的，并不知道其中的原理。v传统发酵工业阶段传统发酵工业阶段 人们才开始了解发酵现象的本质人们才开始了解发酵现象的本质 ，采用开放式的发酵方式，采用开放式的发酵方式，生产过程较为简单，对生产设备要求不高，规模一般不大。生产过程较为简单，对生产设备要求不高，规模一般不大。v现代发酵工业阶段现代发酵工业阶段 生产技术要求高；生产规模大；技术发展速度快；菌种的生生产技术要求高；生产规模大；技术发展速度快；菌种的生产能力大幅度提高，新产品、新技术、新设备的应用达到前所未产能力大幅度提高，新产品、新技术、新设备的应用达到前所未有的程度。有的程度。v生物技术产业阶段生物技术产业阶段 利用构建的基因工程菌生产。利用构建的基因工程菌生产。发酵工程发酵工程发酵工程发酵工程发酵工程发酵工程为什么要利用微生物来发酵？为什么要利用微生物来发酵？繁殖非常迅速培养易于控制本身也容易改造氨基酸氨基酸 氨基酸氨基酸有有氨基和羧基氨基和羧基的一类的一类有机化合物有机化合物的通称。是的通称。是生物功能大分子蛋白质的基本生物功能大分子蛋白质的基本组成单位，是构成组成单位，是构成动物营养所动物营养所需蛋白质的基本物质需蛋白质的基本物质。氨基连。氨基连在在-碳上的为碳上的为-氨基酸氨基酸。组。组成蛋白质的氨基酸均为成蛋白质的氨基酸均为-氨基氨基酸。酸。氨基酸制备的发展氨基酸制备的发展l氨基酸的制造氨基酸的制造是从是从18201820年水解蛋白质开始。年水解蛋白质开始。l18661866年德国的立好生博士利用硫酸水解小麦面筋，分离出一种酸年德国的立好生博士利用硫酸水解小麦面筋，分离出一种酸性氨基酸，依据原料的取材，便将此氨基酸命名为性氨基酸，依据原料的取材，便将此氨基酸命名为谷氨酸谷氨酸。l随后，日本有一教授在探讨海带汁液的鲜味时，提取了谷氨酸，随后，日本有一教授在探讨海带汁液的鲜味时，提取了谷氨酸，并在并在19081908年开始制造商品味之素年开始制造商品味之素味精味精。19101910年日本味之素公年日本味之素公司用水解法生产谷氨酸，与食盐配合出售。但是这种方法生产谷司用水解法生产谷氨酸，与食盐配合出售。但是这种方法生产谷氨酸耗粮太多，成本太高。氨酸耗粮太多，成本太高。l二次世界大战后不久，美国有人提出用二次世界大战后不久，美国有人提出用发酵法发酵法生产谷氨酸的报告。生产谷氨酸的报告。l日本也相继开始了研究，日本也相继开始了研究，19561956年日本协和发酵公司分离出一种新年日本协和发酵公司分离出一种新的细菌，它可以利用的细菌，它可以利用100100克葡萄糖转化为克葡萄糖转化为4040克以上的谷氨酸。克以上的谷氨酸。1957 年发酵法味精正式商业性生产，这标志着氨基酸发酵工业的诞生。氨基酸制备的发展氨基酸制备的发展l中国于1958年开始研究L-谷氨酸，随后报道了酮戊二酸短杆菌2990-6的L-谷氨酸发酵及其代谢的研究结果。1965年把北京棒状杆菌ASI299和钝齿棒状杆菌ASI542先后应用于L-谷氨酸发酵工业生产，接着在选育其他氨基酸的优良菌株方面也取得一定成果，逐渐形成了中国的氨基酸发酵工业。l目前近20种氨基酸均可用微生物发酵法生产。但是，微生物的细胞具有代谢自动调节系统，使氨基酸不能过量积累。如果要在培养基中大量积累氨基酸，就必须解除或突破微生物的代谢调节机制。氨基酸发酵就是人为控制这种机制所取得的重大成果。微生物发酵生产氨基酸微生物发酵生产氨基酸下表列出部分氨基酸生产所用的菌株下表列出部分氨基酸生产所用的菌株氨基酸氨基酸使用的菌株使用的菌株谷氨酸谷氨酸谷氨酸棒杆菌、乳糖发酵短杆菌谷氨酸棒杆菌、乳糖发酵短杆菌缬氨酸缬氨酸北京棒杆菌、乳糖发酵短杆菌北京棒杆菌、乳糖发酵短杆菌 丙氨酸丙氨酸凝结芽孢杆菌凝结芽孢杆菌脯氨酸脯氨酸链形寇氏杆菌链形寇氏杆菌、黄色短杆菌、黄色短杆菌赖氨酸赖氨酸黄色短杆菌黄色短杆菌、乳糖发醇短杆菌、乳糖发醇短杆菌苏氨酸苏氨酸大肠杆菌大肠杆菌酪氨酸酪氨酸 氨酸棒杆菌氨酸棒杆菌发酵工程生产实例发酵工程生产实例谷氨酸棒状杆菌合成谷氨酸的途径 葡萄糖葡萄糖中间产物中间产物a a酮戊二酸酮戊二酸谷谷 氨氨 酸酸谷氨酸谷氨酸脱氢酶脱氢酶NH4抑抑 制制谷氨酸发酵工艺流程谷氨酸发酵工艺流程生产原料生产原料淀粉质原料：玉米、小麦、甘薯、大米等。其中甘薯和淀淀粉质原料：玉米、小麦、甘薯、大米等。其中甘薯和淀粉最为常用；粉最为常用；糖蜜原料：甘蔗糖蜜、甜菜糖蜜；因含丰富的生物素，不糖蜜原料：甘蔗糖蜜、甜菜糖蜜；因含丰富的生物素，不宜直接用来作为谷氨酸发酵的碳源。宜直接用来作为谷氨酸发酵的碳源。预处理方法预处理方法：活性炭或：活性炭或树脂吸附法和亚硝酸法吸附。树脂吸附法和亚硝酸法吸附。氮源料：尿素或氨水。氮源料：尿素或氨水。谷氨酸发酵工艺流程谷氨酸发酵工艺流程发发酵酵过过程程参数测定参数测定还原糖的测定还原糖的测定谷氨酸的测定谷氨酸的测定菌体形态观察菌体形态观察菌体浓度测定菌体浓度测定发酵过程参数的控制发酵过程参数的控制DODO值值 pH pH温度温度搅拌速度搅拌速度发发 酵酵发发 酵酵 液液冷却接种冷却接种三角瓶培养三角瓶培养固体斜面培养固体斜面培养上罐实消上罐实消培养基的配制培养基的配制谷氨酸发酵工艺流程谷氨酸发酵工艺流程发酵工艺流程包括了以下的基本步骤：发酵工艺流程包括了以下的基本步骤：菌种的选育菌种的选育培养基的配置培养基的配置灭菌灭菌扩大培养和接种扩大培养和接种发酵过程发酵过程分离提纯分离提纯谷氨酸发酵工艺流程谷氨酸发酵工艺流程菌种的选择菌种的选择 只有选择只有选择细胞膜通透较强细胞膜通透较强，在细胞内不积累谷氨酸的，在细胞内不积累谷氨酸的谷氨酸棒状杆菌做菌种才有可能获得大量的谷氨酸。谷氨酸棒状杆菌做菌种才有可能获得大量的谷氨酸。培养基的配置培养基的配置成成 分分酸碱酸碱度度水无机盐氮源碳源生长因子豆饼水解液、玉米浆中的水磷酸二氢钾氧化钾硫酸镁尿素豆饼水解液、玉米浆生物素pH7-8 谷氨酸发酵工艺流程谷氨酸发酵工艺流程灭菌灭菌 灭菌的原因：在发酵过程中如混入其他微生物，将与灭菌的原因：在发酵过程中如混入其他微生物，将与菌种形成竞争关系，对发酵过程造成不良影响。如：菌种形成竞争关系，对发酵过程造成不良影响。如：在谷氨酸发酵过程中混入放线菌，则放线菌分泌的抗在谷氨酸发酵过程中混入放线菌，则放线菌分泌的抗生素就会使大量的谷氨酸棒状杆菌死亡。生素就会使大量的谷氨酸棒状杆菌死亡。扩大培养扩大培养 扩大培养是将培养到对数期的菌体分开，分头进行培扩大培养是将培养到对数期的菌体分开，分头进行培养，以促使菌体数量快速增加，能在短时间里得到大养，以促使菌体数量快速增加，能在短时间里得到大量的菌体。量的菌体。接种接种 接种过程中要注意防止杂菌污染。谷氨酸发酵工艺流程谷氨酸发酵工艺流程发酵产物发酵产物 发酵产物主要在菌体生长的稳定期产生发酵产物主要在菌体生长的稳定期产生。发酵进程发酵进程 在发酵过程中随时取样检测培养液中细菌数目、产物浓度以了解发酵进程，及时添加必需的培养基成分来延长菌体生长稳定期的时间，以得到更多的发酵产物。发酵条件发酵条件 发酵生产中温度、发酵生产中温度、pHpH、溶氧量等对发酵过程有、溶氧量等对发酵过程有重大影响。重大影响。谷氨酸发酵工艺流程谷氨酸发酵工艺流程分离提纯分离提纯 发酵产物不同，分离提纯的方法会有所不同，发酵产物不同，分离提纯的方法会有所不同，产物分离、提纯的一般方法是：产物分离、提纯的一般方法是：代谢产物：蒸馏、萃取、离子交换等方法。代谢产物：蒸馏、萃取、离子交换等方法。菌体本身：过滤、沉淀。菌体本身：过滤、沉淀。从自然界分离的菌种从自然界分离的菌种从自然界分离的菌种从自然界分离的菌种产 品基因工程基因工程基因工程基因工程诱变育种诱变育种诱变育种诱变育种诱变育种诱变育种诱变育种诱变育种生产用菌种生产用菌种生产用菌种生产用菌种扩大培养扩大培养扩大培养扩大培养原原原原 料料料料微生物菌体微生物菌体微生物菌体微生物菌体代谢产物代谢产物代谢产物代谢产物分离提纯分离提纯分离提纯分离提纯发酵罐发酵条件控制接种接种接种接种培养基配置培养基配置培养基配置培养基配置灭菌灭菌灭菌灭菌Thank you!